Katabolisme

Katabolisme adalah serangkaian reaksi yang merupakan proses pemecahan senyawa kompleks menjadi senyawa-senyawa yang lebih sederhana dengan membebaskan energi, yang dapat digunakan organisme untuk melakukan aktivitasnya. Termasuk didalamnya reaksi pemecahan dan oksidasi molekul makanan seperti reaksi yang menangkap energi dari cahaya matahari. Fungsi reaksi katabolisme adalah untuk menyediakan energi dan komponen yang dibutuhkan oleh reaksi anabolisme. Sifat dasar yang pasti dari reaksi katabolisme berbeda pada setiap organisme, dimana molekul organik digunakan sebagai sumber energi pada organotrof, sementara litotrof menggunakan substrat anorganik dan fototrof menangkap cahaya matahari sebagai energi kimia. Tetapi, bentuk reaksi katabolisme yang berbeda-beda ini tergantung dari reaksi redoks yang meliputi transfer elektron dari donor tereduksi seperti molekul organik, air, amonia, hidrogen sulfida, atau ion besi ke molekul akseptor seperti oksigen, nitrat, atau sulfat. Pada hewan reaksi katabolisme meliputi molekul organik kompleks yang dipecah menjadi molekul yang lebih sederhana, seperti karbon dioksida dan air. Pada organisme fotosintetik seperti tumbuhan dan sianobakteria, reaksi transfer elektron ini tidak menghasilkan energi, tetapi digunakan sebagai tempat menyimpan energi yang diserap dari cahaya matahari. Urutan yang paling umum dari reaksi katabolik pada hewan dapat dibedakan menjadi tiga tahapan utama. Pertama, molekul organik besar seperti protein, polisakarida, atau lemak dicerna menjadi molekul yang lebih kecil di luar sel. Kemudian, molekul-molekul yang lebih kecil ini diambil oleh sel-sel dan masih diubah menjadi molekul yang lebih kecil, biasanya asetil koenzim A (Asetil KoA), yang melepaskan energi. Akhirnya, kelompok asetil pada KoA dioksidasi menjadi air dan karbon dioksida pada siklus asam sitrat dan rantai transpor elektron, dan melepaskan energi yang disimpan dengan cara mereduksi koenzim Nikotinamid Adenin Dinukleotida (NAD+) menjadi NADH. Pada setiap organisme, untuk menghasilkan energi tersebut dapat dibagi dalam dua cara, yaitu sebagai berikut. 1. Respirasi seluler atau respirasi aerob, yaitu reaksi yang menggunakan oksigen sebagai bahan bakar organik. Secara umum keseluruhan proses pada respirasi seluler berlangsung sebagai berikut. >> Senyawa organik + Oksigen -> Karbon dioksida + Air + Energi Termasuk ke dalam reaksi seluler adalah reaksi glikolisis, siklus Krebs, dan transpor elektron, dimana diantara glikolisis dan siklus Krebs terdapat sebuah reaksi antara yang disebut dekarboksilasi oksidatif. 2. Fermentasi, atau respirasi anaerob, yaitu proses pemecahan molekul yang berlangsung tanpa bantuan oksigen. Termasuk ke dalam fermentasi adalah fermentasi asam laktat, fermentasi alkohol, dan fermentasi asam cuka. Pada hakikatnya, respirasi adalah pemanfaatan energi bebas dalam makanan menjadi energi bebas yang ditimbun dalam bentuk ATP. Dalam sel, ATP digunakan sebagai sumber energi bagi seluruh aktivitas hidup yang memerlukan energi. Aktivitas hidup yang memerlukan energi, antara lain sebagai berikut. 1. Kerja mekanis: Salah satu bentuk kerja mekanis adalah lokomosi. Kerja mekanis selalu terjadi jika sel otot berkontraksi. 2. Transpor Aktif: Dalam transpor aktif, sel-sel harus mengeluarkan energi untuk mengangkut molekul zat atau ion yang melawan gradien konsentrasi zat. 3. Produksi Panas Energi panas penting bagi tubuh burung dan hewan menyusui. Energi panas ini, umumnya timbul sebagai hasil sampingan transformasi energi dalam sel. Misalnya, pada proses kontraksi otot, terjadi pemecahan ATP. Disamping timbul energi mekanik, timbul juga energi panas. Contoh katabolisme adalah proses pernapasan sel atau respirasi. Respirasi merupakan oksidasi senyawa organik secara terkendali untuk membebaskan energi bagi pemeliharaan dan perkembangan makhluk hidup. Berdasarkan kebutuhan terhadap tersedianya oksigen bebas, dibedakan atas : a. Respirasi Aerob, yaitu respirasi yang membutuhkan oksigen bebas, jadi oksigen merupakan senyawa penerima hidrogen terakhir. b. Respirasi Anaerob, yaitu respirasi yang tidak membutuhkan oksigen bebas. Jadi sebagai penerima hidrogen terakhir bukan oksigen tetapi senyawa-senyawa tertentu seperti asam piruvat, asetaldehid. a. Respirasi Aerob Respirasi sel secara Aerob berlangsung melalui empat tahap, yaitu : 1. glikolisis Berlangsung di sitoplasma Berlangsung secara anaerob Mengubah satu molekul glukosa (senyawa berkarbon 6) menjadi dua molekul asam piruvat(senyawa berkarbon 3) Dihasilkan energi sebesar 2 ATP dan 2 NADH untuk tiap molekul glukosa. 2. Dekarboksilasi Oksidatif Asam Piruvat. Berlangsung pada matriks mitokondria. Mengubah Asam Piruvat (senyawa berkarbon 3) menjadi Asetil-KoA (senyawa berkarbon 2). Dihasilkan 1 NADH dan CO2, untuk tiap molekul Asam Piruvat menjadi Asetil-KoA. 3. Daur Krebs Berlangsung pada metriks motokondria Mengubah Asetil-KoA (senyawa berkarbon 2) menjadi CO2 (senyawa berkarbon 1). Untuk tiap molekul senyawa Asetil-KoA dihasilkan IATP, 1 FADH dan3 NADH. 4. Rantai Pengangkutan Elektron NADH dan FADH merupakan senyawa pereduksi yang menghasilkan ion hidrogen. Satu molekul NADH akan melepaskan / menghasilkan 3 ATP, sedangkan satu molekul FADH akan melepaskan / menghasilkan 2 ATP. Tabel Jumlah ATP yang dihasilkan selama respirasi sel : Proses Jenis ekseptor Jumlah ATP yang dihasilkan Glikolisis Glukosa–> 2 asam piruvat 2 NADH 2 ATP Reaksi antara 2 asam piruvat–>2 asetil KoA + 2 CO2 2 NADH Siklus Krebs 2 asetil KoA–> 4 CO2 6 NADH 2 FADH2 2 ATP Transfer elektron 10 NADH + 5 O2 –>10 NAD + H O 2 FADH + O2 –>2 FAD + 2 H2O 30 ATP 4 ATP Pada proses glikolisis digunakan 2 molekul ATP sehingga hasil bersih ATP = 38-2 = 36. b. Respirasi Anaerob pada respirasi Anaerob jalur yang ditempuh meliputi : 1. Glikolisis 2. Pembentukan alkohol (fermentasi alkohol) atau pembentukan asam laktat (fermentasi asam laktat). Fermentasi Alkohol : Aseptornya : Aseltadehid, hasilnya etanol, terjadi pada sel tumbuhan Reaksi : C6 H 12O6 2 C2 H5 OH + 2 CO2 + 2 ATP Glukosa Etanol Fermentasi Laktat Aseptornya : Asam Piruvat, hasilnya Asam Laktat, terjadi pada sel hewan. Reaksi : C6 H 12O6 C3 H6 O3 + 2 ATP Glukosa As, Laktat